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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Schleifprozess
und eine Schleifvorrichtung zum Erzeugen und Endbearbeiten einer
Fläche
eines Werkstücks
mit einer hohen Genauigkeit.
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Hier
ist als eine Art einer Schleifvorrichtung ein Oberflächenschleifgerät mit einer
vertikalen Spindel der Drehbauart bekannt, die: eine Arbeitsdrehvorrichtung,
die betätigbar
ist, um ein Werkstück
um seine Achse parallel zu einer vertikalen Richtung zu drehen;
eine Schleifwerkzeugdrehvorrichtung, die betätigbar ist, um das Schleifwerkzeug
um seine Achse parallel zu der vertikalen Richtung für ein Schleifen einer
Fläche
des Werkstücks
zu drehen; eine Lagervorrichtung, die die Schleifwerkzeugdrehvorrichtung lagert,
so dass die Schleifwerkzeugdrehvorrichtung in eine Richtung parallel
zu der Achse des Schleifwerkzeugs beweglich ist; und eine Schleifwerkzeugbewegungsvorrichtung
hat, die betätigbar
ist, um das Schleifwerkzeug in die Richtung parallel zu der Achse
des Schleifwerkzeugs zu dem Werkstück hin zu bewegen. Als ein
Beispiel des Oberflächenschleifgeräts mit vertikaler
Spindel der Drehbauart offenbart die JP-H08-276349A (Veröffentlichung einer ungeprüften japanischen
Patentanmeldung, die 1996 offengelegt wurde) ein Oberflächenschleifgerät, in dem eine
Vorschubbewegung des Schleifwerkzeugs oder des Werkstücks mit
einer Genauigkeit in einer Größenordnung
von unter einem Mikrometer oder von Nanometern steuerbar ist.
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In
dem Oberflächenschleifgerät mit vertikaler Spindel
der Drehbauart, das in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung
offenbart ist, wird eine Position des Schleifwerkzeugs (Schleifrads)
durchgehend erfasst und die erfasste Position des Schleifwerkzeugs
wird zu einer Steuerung eingegeben, so dass ein Hydraulikzylinder
als die Schleifwerkzeugbewegungsvorrichtung durch die Steuerung
auf der Grundlage der erfassten Position des Schleifwerkzeugs gesteuert
wird. Das heißt,
dass das offenbarte Schleifgerät
mit einem Reglungssystem ausgestattet ist, in dem der Hydraulikzylinder
auf eine Art und Weise mit einem geschlossenen Regelkreis gesteuert
wird, wodurch das Werkstück
um einen gewünschten
Betrag einer Tiefe eines Einschnitts des Schleifwerkzeugs in das
Werkstück
genau geschliffen werden kann.
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Wie
in dem vorstehend beschriebenen offenbarten Schleifgerät ist es
in einem herkömmlichen Oberflächenschleifgerät mit vertikaler
Spindel der Drehbauart üblich,
dass das Schleifwerkzeug bei einer konstanten Zufuhrrate in eine
Zufuhrrichtung (die die Tiefe des Einschnitts erhöht) bewegt
wird, bis das Werkstück
eine gewünschte
Abmessung oder Tiefe des Einschnittes hat. In einem derartigen Bearbeitungsverfahren
wird das Schleifwerkzeug in die Zufuhrrichtung, um die Tiefe des
Einschnittes zu erhöhen,
bis dem Werkstück
eine gewünschte
Abmessung gegeben ist, unabhängig
von einer Schleiflast bewegt, die auf das Schleifwerkzeug wirkt
und die durch eine Druckkraft oder einen Antriebsstrom repräsentiert
wird. Daher kann ein Bearbeitungsbetrieb gemäß dem herkömmlichen Verfahren nicht notwendigerweise
mit einer ausreichend hohen Effizienz ausgeführt werden und kann nicht notwendigerweise eine
ausreichend hohe Qualität
des bearbeiteten Werkstücks
bereitstellen. Zum Beispiel könnte
in dem herkömmlichen
Bearbeitungsbetrieb, der bei einer konstanten Zufuhrrate ausgeführt wird,
so dass das Werkstück
eine gewünschte
Abmessung hat, das Schleifwerkzeug bei einer konstanten Vorschubrate
in die Vorschubrichtung, sogar im Falle einer Verringerung einer
Schleifkapazität
des Werkstücks durch
Zusetzung seiner Schleifoberfläche
bewegt werden, wodurch eine Verglasung auf der Schleifoberfläche des
Werkzeugs verursacht wird und dementsprechend es unmöglich gemacht
wird, eine zufriedenstellende Qualität des bearbeiteten Werkstücks bereitzustellen.
Das Verglasen auf der Schleifoberfläche könnte durch Reduzieren der Vorschubrate
oder Reduzieren einer Entfernung eines Aufmasses je Zeiteinheit
vermieden werden. Eine derartige Reduzierung verursacht jedoch,
dass das Werkstück
mit einer unzureichenden Druckkraft, und zwar mit einer niedrigen
Bearbeitungseffizienz, geschliffen wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist angesichts des vorstehenden Stands der
Technik erfolgt. Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Schleifprozess eines Werkstücks mit einer ausreichend hohen
Effizienz bereitzustellen und eine ausreichend hohe Qualität des geschliffenen
Werkstücks
sicherzustellen. Es ist eine zweite Aufgabe der Erfindung, eine
Schleifvorrichtung zu schaffen, die ein Werkstück mit einer ausreichend hohen
Effizienz schleifen kann und eine ausreichend hohe Qualität des geschliffenen
Werkstücks
sicherstellen kann. Die erste Aufgabe kann gemäß irgendeinem von dem ersten
bis siebten Aspekt der Erfindung erzielt werden, die nachstehend
beschrieben sind. Die zweite Aufgabe kann gemäß irgendeinem von dem achten bis
elften Aspekt der vorliegenden Erfindung, die nachstehend beschrieben
sind, erzielt werden.
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Der
erste Aspekt dieser Erfindung sieht einen Schleifprozess einer Oberfläche eines
Werkstücks
durch ein Schleifwerkzeug vor, das um seine Achse gedreht wird,
wobei der Prozess: einen Schleifschritt zum Schleifen der Fläche des
Werkstücks
durch Drücken
von mindestens einen von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück gegen
das andere von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück hat,
so dass eine konstante Kraft auf das andere von dem Schleifwerkzeug
und dem Werkstück
durch das mindestens eines von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück ausgeübt wird.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung wird in dem Prozess, der in dem ersten Aspekt
der Erfindung definiert ist, der Schleifschritt durch Bewegen des
mindestens einen von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück relativ
zu dem anderen von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück in eine
Vorschubrichtung, die eine Tiefe eines Einschnitts des Schleifwerkzeugs
in das Werkstück
erhöht,
bei einer Vorschubrate durchgeführt,
die auf eine Art und Weise veränderbar
ist, die verursacht, dass mindestens eins von dem Schleifwerkzeug
und dem Werkstück gegen
das andere von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück mit der
konstanten Kraft gedrückt wird.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung ist in dem Prozess, der in dem ersten oder
zweiten Aspekt der Erfindung definiert ist, ferner zusätzlich zu dem
Schleifschritt als ein Schleifschritt mit konstanter Kraft ein Schleifschritt
des Schleifens der Oberfläche des
Werkstücks
mit konstanter Vorschubrate durch Bewegen des mindestens einen von
dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück relativ zu dem anderen von
dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück in eine Vorschubrichtung,
die eine Tiefe eines Einschnitts des Schleifwerkzeugs in das Werkstück erhöht, bei
einer konstanten Vorschubrate vorgesehen. Der Schleifschritt mit
konstanter Vorschubrate wird vor einer Durchführung des Schleifschritts mit
konstanter Kraft durchgeführt.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung sind in dem Prozess, der in dem dritten Aspekt
der Erfindung definiert ist, der Schleifschritt mit konstanter Vorschubrate
und der Schleifschritt mit konstanter Kraft durch Bewegen des mindestens
einen von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück in einer Richtung als die
Vorschubrichtung, die im Wesentlichen parallel zu der Achse des
Schleifwerkzeugs ist, durchgeführt,
während
das Werkstück
um seine Achse dreht, die im Wesentlichen parallel zu der Achse des
Schleifwerkzeugs ist.
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Gemäß dem fünften Aspekt
der Erfindung sind in dem Prozess, der in dem dritten oder vierten Aspekt
der Erfindung definiert ist, ein Schleiflasterfassungsschritt zum
Erfassen einer Schleiflast, die auf mindestens eines von dem Schleifwerkzeug
und dem Werkstück
während
Durchführung
des Schleifschritts mit konstanter Vorschubrate wirkt, und ein Umschaltschritt
zum Umschalten des Schleifschritts mit konstanter Vorschubrate auf
den Schleifschritt mit konstanter Kraft auf der Grundlage der Schleiflast, die
in dem Schleiflasterfassungsschritt erfasst wird, vorgesehen.
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Gemäß dem sechsten
Aspekt der Erfindung sind in dem Prozess, der in dem zweiten Aspekt
der Erfindung definiert ist, ein Vorschubratenerfassungsschritt
zum Erfassen der Vorschubrate während Durchführung des
Schleifschritts und ein Bestimmungsschritt zum Bestimmen, ob der
Schleifschritt beendet werden sollte, auf der Grundlage der Vorschubrate,
die in dem Vorschubratenerfassungsschritt erfasst wird, vorgesehen.
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Gemäß dem siebten
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in dem Prozess, der in dem
fünften
Aspekt der Erfindung definiert ist, ein Vorschubratenerfassungsschritt
zum Erfassen der Vorschubrate während
Durchführung
des Schleifschritts mit konstanter Kraft und ein Bestimmungsschritt
zum Bestimmen, ob der Schleifschritt mit konstanter Kraft beendet
werden sollte, auf der Grundlage der Vorschubrate, die in dem Vorschubratenerfassungsschritt
erfasst wird, vorgesehen.
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Der
achte Aspekt dieser Erfindung sieht eine Schleifvorrichtung zum
Ausführen
eines Schleifbetriebs vor, in dem ein Werkstück, das um seine Achse dreht,
durch ein Schleifwerkzeug auf seiner Oberfläche geschliffen wird, wobei
die Schleifvorrichtung: eine Schleifwerkzeugdrehvorrichtung, die
betätigbar ist,
um das Schleifwerkzeug um seine Achse zu drehen; eine Bewegungsvorrichtung,
die betätigbar
ist, um mindestens eins von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück relativ
zu dem anderen von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück mindestens
in eine Vorschubrichtung zu bewegen, die eine Tiefe eines Einschnitts
des Schleifwerkzeugs in das Werkstück erhöht; und eine Steuerung hat,
die die Bewegungsvorrichtung steuert, so dass das mindestens eine
von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück gegen das andere von dem
Schleifwerkzeug und dem Werkstück
mit einer konstanten Kraft mindestens in einer Nichtanfangsstufe
des Schleifbetriebs gedrückt
wird.
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Gemäß dem neunten
Aspekt der Erfindung ist in der Schleifvorrichtung, die in dem achten
Aspekt der Erfindung definiert ist, eine Werkstückdrehvorrichtung vorgesehen,
die betätigbar
ist, um das Werkstück
um seine Achse zu drehen, die im Wesentlichen parallel zu der Achse
des Schleifwerkzeugs ist, wobei die Steuerung die Bewegungsvorrichtung steuert,
so dass das mindestens eine von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück in eine
Richtung wie der Vorschubrichtung, die im Wesentlichen parallel
zu der Achse des Schleifwerkzeugs ist, zum Schleifen der Fläche des
Werkstücks
in dem Schleifbetrieb bewegt wird.
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Gemäß dem zehnten
Aspekt der Erfindung ist in der Schleifvorrichtung, die in dem achten
oder neunten Aspekt der Erfindung definiert ist, die Bewegungsvorrichtung
zwischen einem Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate und einem
Schleifmodus mit konstanter Kraft umschaltbar, wobei das mindestens
eine von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück durch die Bewegungsvorrichtung
in die Vorschubrichtung bei der konstanten Vorschubrate bewegt wird,
wenn die Bewegungsvorrichtung in den Schleifmodus mit konstanter
Vorschubrate gesetzt ist, wobei das mindestens eine von dem Schleifwerkzeug
und dem Werkstück
durch die Bewegungsvorrichtung in die Vorschubrichtung bei der veränderbaren
Vorschubrate als die Vorschubrate bewegt wird, die verursacht, dass
das Schleifwerkzeug mit einer konstanten Druckkraft gegen das Werkstück gedrückt wird,
wenn die Bewegungsvorrichtung in den Schleifmodus mit konstanter
Kraft gesetzt ist, und wobei die Bewegungsvorrichtung in dem Schleifmodus
mit konstanter Vorschubrate in einer Nichtendstufe des Schleifbetriebs
gesetzt ist und in den Schleifmodus mit konstanter Kraft in der
Nichtanfangsstufe, die der Nichtendstufe folgt, gesetzt ist.
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Gemäß dem elften
Aspekt der Erfindung ist in der Schleifvorrichtung, die in dem zehnten
Aspekt der Erfindung definiert ist, ein Schleiflastdetektor vorgesehen,
der betätigbar
ist, um die Schleiflast zu erfassen, die auf mindestens eines von
dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück wirkt, wobei die Steuerung
einen Schaltabschnitt, der betätigbar
ist, um die Bewegungsvorrichtung in den Schleifmodus mit konstanter
Kraft auf der Grundlage von der Schleiflast, die durch den Schleiflastdetektor
erfasst wird, zu setzen, während
die Bewegungsvorrichtung in dem Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate gesetzt
ist.
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Gemäß dem zwölften Aspekt
der Erfindung ist in der Schleifvorrichtung, die in dem elften Aspekt der
Erfindung definiert ist, eine Bewegungsvorrichtung vorgesehen, die
in dem Schleifmodus mit konstanter Kraft gesetzt wird, wobei die
Steuerung einen Bestimmungsabschnitt hat, der betätigbar ist,
um auf der Grundlage von der veränderbaren
Vorschubrate, die durch den Vorschubratendetektor erfasst wird,
zu bestimmen, ob der Schleifbetrieb beendet werden sollte.
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In
dem Schleifprozess von jedem von dem ersten bis siebten Aspekt der
Erfindung wird der Schleifschritt oder der Schleifschritt mit konstanter Kraft
so durchgeführt,
dass die Druckkraft, die auf das Schleifwerkzeug und das Werkstück ausgeübt wird,
im Wesentlichen konstant ist. Diese Anordnung macht es möglich, das
vorstehend beschriebene mindestens eine von dem Schleifwerkzeug
und dem Werkstück
mit einer Vorschubrate zu bewegen, die zum Sicherstellen der ausreichend
hohen Qualität des
geschliffenen Werkstücks
geeignet ist. Ferner kann, da die Vorschubrate weder unnötig noch übermäßig reduziert
ist, der Schleifbetrieb mit einer höheren Effizienz als bei einer
Anordnung durchgeführt werden,
in der der Schleifbetrieb bei einer Vorschubrate ausgeführt wird,
die immer unabhängig
von einem Betrag der konstanten Kraft reduziert wird. Es wird angemerkt,
dass das Prinzip der Erfindung gleichermaßen auf verschiedene Arten
von Schleifbetrieben, wie beispielsweise einem Zylinderschleifbetrieb,
einem Innenschleifbetrieb, einem Schleifbetrieb mit spitzenlosem
Schleifen und einem Schleifbetrieb mit einer vertikalen oder einer
horizontalen Spindel und einem reziprokierenden Tisch oder einem
Drehtisch anwendbar ist.
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In
dem Schleifprozess von jedem von dem dritten bis fünften und
siebenten Aspekt der Erfindung wird der Schleifschritt mit konstanter
Vorschubrate zusätzlich
zu dem Schleifschritt mit konstanter Kraft durchgeführt, der
nach dem Schleifschritt mit konstanter Vorschubrate durchgeführt wird.
In diesem Schleifprozess kann der Schleifschritt mit konstanter
Vorschubrate durchgeführt
werden, bei dem der Schleifeffizienz eine größere Bedeutung als der Qualität des geschliffenen
Werkstücks
gegeben ist, und der Schleifschritt mit konstanter Kraft, der dem Schleifschritt
mit konstanter Vorschubrate folgt, kann durchgeführt werden, bei dem der Qualität des geschliffenen
Werkstücks
eine größere Bedeutung
als der Schleifeffizienz gegeben ist. Somit kann ein Schleifbetrieb
gemäß diesem
Schleifprozess mit einer ausreichend hohen Effizienz ausgeführt werden und
kann eine ausreichend hohe Qualität des geschliffenen Werkstücks bereitstellen.
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In
dem Schleifprozess von jedem von dem fünften und siebten Aspekt der
Erfindung wird der Schleifschritt mit konstanter Vorschubrate zu
dem Schleifschritt mit konstanter Kraft auf der Grundlage von der
erfassten Schleiflast umgeschaltet, wodurch der Schleifschritt mit
konstanter Kraft bei einem geeigneten Zeitpunkt gestartet werden
kann.
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In
dem Schleifschritt von jedem von dem sechsten und siebten Aspekt
der Erfindung wird auf der Grundlage von der Istvorschubrate bestimmt,
ob der Schleifschritt mit konstanter Vorschubrate oder der Schleifschritt
mit konstanter Kraft beendet werden sollte oder nicht, wodurch der
Schleifschritt bei einem geeigneten Zeitpunkt beendet werden kann.
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In
der Schleifvorrichtung von jedem von dem achten bis zwölften Aspekt
der Erfindung steuert die Steuerung die Bewegungsvorrichtung so,
dass die Druckkraft, die auf das Schleifwerkzeug oder das Werkstück ausgeübt wird,
mindestens in der Nichtanfangsstufe des Schleifbetriebs im Wesentlichen
konstant ist. Diese Anordnung macht es möglich, mindestens eines von
dem vorstehend beschriebenen Schleifwerkzeug und dem Werkstück bei einer
Vorschubrate zu bewegen, die zum Sicherstellen der ausreichend hohen
Qualität
des Schleifwerkstücks geeignet
ist. Ferner kann, da die Vorschubrate weder unnötig noch übermäßig reduziert ist, der Schleifbetrieb
mit einer höheren
Effizienz als bei einer Anordnung ausgeführt werden, in der der Schleifbetrieb
bei einer Vorschubrate ausgeführt
wird, die immer unabhängig
von einem Betrag der konstanten Kraft verringert wird. Es wird angemerkt,
dass die Schleifvorrichtung durch irgendeine von verschiedenen Arten
von Schleifvorrichtungen, wie beispielsweise einem Zylinderschleifgerät, einem
Gerät zum
spitzenlosen Schleifen, einem Innenschleifgerät und einem Oberflächenschleifgerät der Reziprokier-
oder Drehbauart mit vertikaler oder horizontaler Spindel vorgesehen werden
kann.
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In
der Schleifvorrichtung von jedem von dem zehnten bis zwölften Aspekt
der Erfindung ist die Bewegungsvorrichtung in den Schleifmodus mit
konstanter Vorschubrate in der Nichtendstufe wie beispielsweise
einer Anfangsstufe des Schleifbetriebs gesetzt und ist in den Schleifmodus
mit konstanter Kraft in der Nichtanfangsstufe, wie beispielsweise
einer Endstufe, des Schleifbetriebs gesetzt. In dem Schleifmodus
mit konstanter Vorschubrate wird das vorstehend beschriebene mindestens
eine von dem Schleifrad und dem Werkstück mit konstanter Vorschubrate
bewegt, deren Höhe
bestimmt werden kann, indem der Schleifeffizienz eine größere Bedeutung
als der Qualität
des geschliffenen Werkstück
gegeben ist. In dem Schleifmodus mit konstanter Kraft wird das vorstehend
beschriebene mindestens eine von dem Schleifrad und dem Werkstück bei der
veränderbaren
Vorschubrate bewegt, die verursacht, dass das Schleifwerkzeug gegen
das Werkstück
mit der konstanten Druckkraft gedrückt wird, dessen Höhe mit der
Qualität
des geschliffenen Werkstücks bestimmt
werden kann, der eine größere Bedeutung als
der Schleifeffizienz gegeben ist. Somit ermöglicht die Schleifvorrichtung
den Betrieb mit einer ausreichend hohen Effizienz auszuführen und
eine ausreichend hohe Qualität
des geschliffenen Werkstücks bereitzustellen.
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In
der Schleifvorrichtung des elften Aspekts der Erfindung wird die
Bewegungsvorrichtung von dem Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate
zu dem Schleifmodus mit konstanter Kraft auf der Grundlage der erfasstem
Schleiflast umgeschaltet, wodurch der Schleifmodus mit konstanter
Kraft bei einem geeigneten Zeitpunkt gestartet werden kann.
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In
der Schleifvorrichtung des zwölften
Aspekts der Erfindung wird auf der Grundlage von der Istvorschubrate
bestimmt, ob der Schleifbetrieb beendet werden sollte oder nicht,
wodurch der Schleifbetrieb bei einem geeigneten Zeitpunkt beendet
werden kann.
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In
dem Schleifprozess und der Vorrichtung des vierten und neunten Aspekts
der Erfindung sind die Drehachse des Werkstücks und die Drehachse des Schleifwerkzeugs
im Wesentlichen parallel zueinander. Der Ausdruck „im Wesentlichen
parallel" kann interpretiert
werden, eine Anordnung zu umfassen, in der die Drehachse des Werkstücks und
die Drehachse des Schleifwerkzeugs in Bezug zueinander um einen
kleinen Winkel geneigt sind.
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In
dem Schleifprozess von jedem von dem dritten bis fünften und
siebten Aspekt der Erfindung kann der Schleifschritt mit. konstanter
Vorschubrate mehrere Schleifschritte mit konstanter Vorschubrate haben,
so dass zum Beispiel die Vorschubraten in den entsprechenden Schleifschritten
mit konstanter Vorschubrate voneinander verschieden sind. Gleichermaßen kann
in der Schleifvorrichtung von jedem von dem zehnten bis elften Aspekt
der Erfindung der Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate mehrere Schleifmodi
mit konstanter Vorschubrate haben, so dass zum Beispiel die konstanten
Vorschubraten in den entsprechenden Schleifmodi mit konstanter Vorschubrate
voneinander verschieden sind. In dem Fall mit den mehreren Schleifschritten
oder Modi mit konstanter Vorschubrate ist es bevorzugt, dass die
konstante Vorschubrate in jedem von den mehreren Schleifschritten
oder Modi mit konstanter Vorschubrate geringer als die konstante
Vorschubrate in den anderen von den mehreren Schleifschritten oder Modi
mit konstanter Vorschubrate, die jedem Schleifschritt oder Modus
mit konstanter Vorschubrate vorhergehen, gemacht sind.
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Die
Schleiflast, die in dem Schleiflasterfassungsschritt oder durch
den Schleiflastdetektor erfasst wird, korresponidert zu der Druckkraft,
die auf dem vorstehend beschriebenen anderen von dem Schleifwerkzeug
und dem Werkstück
durch das vorstehend beschriebene mindestens eine von den Schleifwerkzeug
und dem Werkstück
ausgeübt
wird. Die Schleiflast ist zum Beispiel durch eine elektrische Energie
oder ein Drehmoment repräsentiert,
das zum Antreiben der Schleifwerkzeugdrehvorrichtung oder Werkstückdrehvorrichtung,
die betätigbar
ist, um das Schleifwerkzeug oder das Werkstück zu drehen, das gegen das
Werkstück
oder das Schleifwerkzeug gedrückt
wird, erforderlich ist.
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In
dem vorstehend beschriebenen Umschaltschritt oder Abschnitt wird
der Schleifschritt oder Modus mit konstanter Vorschubrate zu dem
Schleifschritt oder Modus mit konstanter Kraft auf der Grundlage
von der erfassten Schleiflast umgeschaltet. Genauer beschrieben
kann der Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate auf den Schleifmodus
mit konstanter Kraft umgeschaltet werden, wenn ein Wert hinsichtlich
der Schleiflast einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Der Wert
hinsichtlich der Schleiflast muss nicht notwendigerweise ein Absolutwert
der Schleiflast sein, sondern kann eine Änderungsrate des Werts der
Schleiflast sein, wie beispielsweise eine Differenz zwischen dem
gegenwärtigen
Wert der Schleiflast und einem Wert der Schleiflast an einem Anfangspunkt
des Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate, und ein Änderungsbetrag
des Werts der Schleiflast während
einer vorgegebenen Zeitlänge
sein. Ferner kann erwägt
werden, dass der Wert hinsichtlich der Schleiflast eine Zeitlänge umfasst,
die nach dem Beginn des Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate
abgelaufen ist, da die Schleiflast dazu tendiert, mit einer Erhöhung der
Länge der
abgelaufenen Zeit zu steigen.
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In
dem vorstehend beschriebenen Bestimmungsschritt oder Abschnitt wird
auf der Grundlage von der erfassten Vorschubrate bestimmt, ob der Schleifschritt
oder Betrieb beendet werden sollte. Die Bestimmung kann gemacht
werden, wenn ein Wert hinsichtlich der Vorschubrate einen vorgegebenen Schwellwert
erreicht. Der Wert hinsichtlich der Vorschubrate muss nicht notwendigerweise
ein absoluter Wert der Vorschubrate sein, sondern kann eine Änderungsrate des
Werts der Vorschubrate, wie beispielsweise eine Differenz zwischen
dem gegenwärtigen
Wert der Vorschubrate und einem Wert der Vorschubrate an einem Anfangspunkt
des Schleifmodus mit konstanter Kraft, und ein Änderungsbetrag des Werts der
Vorschubrate während
einer vorgegebenen Zeitlänge
sein.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Das
Vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und technische
und industrielle Bedeutung dieser Erfindung wird besser durch Lesen der
nachstehenden detaillierten Beschreibung von gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der Erfindung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen berücksichtigt
werden, in denen:
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1 eine
Vorderansicht einer Schleifvorrichtung in der Form eines Oberflächenschleifgeräts mit vertikaler
Spindel der Drehbauart, das gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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2 eine
Seitenansicht des Oberflächenschleifgeräts mit vertikaler
Spindel der Drehbauart von 1 ist;
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3 eine
Draufsicht eines Schnitts entlang Linie 3-3 von 1 ist
und Säulen
des Oberflächenschleifgeräts von 1 zeigt;
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4 eine
Schnittansicht ist, die einen Teil einer statischen Luftlagervorrichtung
zum Lagern einer Schleifraddrehvorrichtung zeigt, die vertikal beweglich
ist;
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5 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils von 2 ist, die eine Neigevorrichtung
des Oberflächenschleifgeräts zeigt;
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6 eine
Ansicht in eine Richtung gesehen ist, die durch einen Pfeil 6 in 5 angezeigt
ist, die eine Anbringung einer Fixierplatte an der zweiten Neigevorrichtung
zeigt;
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7 eine
vergrößerte Ansicht
eines Teils von 5 ist, die eine Anordnung zum
Aufgeben eines Widerstands auf eine Schwenkbewegung der zweiten
Neigevorrichtung zeigt;
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8A und 8B Vorder-
und Draufsichten zum Zeigen einer Neigung eines Schleifrads in Bezug
auf ein Werkstück
während
einem Schleifbetrieb sind, der in dem Oberflächenschleifgerät von 1 ausgeführt wird;
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9 ein
Blockdiagramm ist, das einen Hauptabschnitt eines Steuersystems
zeigt, das in dem Oberflächenschleifgerät von 1 vorgesehen ist;
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10 ein
Blockdiagramm ist, das verschiedene Funktionseinrichtungen zeigt,
die in einer ECU von 9 eingebaut sind;
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11 ein
Graf ist, der eine Beziehung zwischen einer Vorschubrate des Schleifrads
und einer Schleiflast, die auf das Schleifrad wirkt, in einem Schleifschritt
des Schleifbetriebs mit konstanter Vorschubrate zeigt, der durch
das Oberflächenschleifgerät von 1 ausgeführt wird;
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12 ein
Satz Ansichten ist, die eine Änderung
von Gruben und Vorsprüngen
auf einer Oberfläche
eines Werkstücks
während
dem Schleifbetrieb zeigen;
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13 ein
Graf ist, der eine Beziehung zwischen der Vorschubrate des Schleifrads
und der Schleiflast, die auf das Schleifrad wirkt, in einem Schleifschritt
des Schleifbetriebs mit konstanter Kraft zeigt, der durch das Oberflächenschleifgerät von 1 ausgeführt wird;
und
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14 ein
Ablaufdiagramm ist, das eine Schleifsteuerroutine darstellt, die
durch die ECU von 9 ausgeführt wird.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachstehend
ist in Einzelheiten ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen gezeigt.
Es wird angemerkt, das Elemente, insbesondere ihre Relativabmessungen, die
beschrieben sind, in den Zeichnungen nicht notwendigerweise genau
dargestellt sind.
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1 und 2 sind
Vorder- und Seitenansichten einer Schleifvorrichtung in der Form
eines Oberflächenschleifgeräts 10 mit
vertikaler Spindel der Drehbauart, das gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
konstruiert ist. Wie in 1 und 2 gezeigt
ist, hat das Oberflächenschleifgerät 10 einen
unteren Rahmen 12 und einen oberen Rahmen 20.
Ein Arbeitstisch 14 ist an einem vorderen Abschnitt einer
oberen Fläche
des unteren Rahmens 12 angeordnet. Der obere Rahmen 20 ist
an einem hinteren Abschnitt der oberen Fläche des unteren Rahmens 12 angeordnet,
um durch eine erste Neigevorrichtung 18 um einen sich horizontal
erstreckenden Stift 16 schwenkbar zu sein, so dass letztendlich
ein Neigungswinkel des oberen Rahmens 20 in Bezug auf den
unteren Rahmen 12 einstellbar ist. Die erste Neigevorrichtung 18 hat
einen Lagerabschnitt 22, der horizontal von einem unteren
Endabschnitt des unteren Rahmens 20 ragt, ein Außengewindeelement 24, das
in ein Innengewindedurchgangsloch des Lagerabschnitts 22 durchgeführt ist,
und eine Drehvorrichtung 26, die betätigbar ist, um das Außengewindeelement 24 um
seine Achse zu drehen. Die erste Neigevorrichtung 18 hat
ferner einen Aufnahmeabschnitt 28, der horizontal von einem
oberen Endabschnitt des unteren Rahmens 12 ragt. Das Außengewindeelement 24,
das in das Innengewindedurchgangsloch des Lagerabschnitts 22 geschraubt
ist und sich in die vertikale Richtung erstreckt, ist an seinem
entfernten Ende mit dem Empfangsabschnitt 28 in Berührung gehalten.
Es wird angemerkt, dass ein Durchgangsloch ohne Gewinde eher als
das Innengewindedurchgangsloch in dem Lagerabschnitt 22 ausgebildet
sein kann und ein Innengewindeloch in dem Empfangsabschnitt 28 ausgebildet
sein kann. In diesem modifizierten Fall ist das Außengewindeelement 24 angeordnet,
um durch das Durchgangsloch ohne Gewinde des Lagerabschnitts 22 zu
gelangen und in das Innengewindeloch des Aufnahmeabschnitts 28 geschraubt
zu werden.
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Die
Drehvorrichtung 26 ist an dem Lagerabschnitt 22 des
oberen Rahmens 22 angebracht und besteht aus einem Invertermotor,
einem Schrittmotor, einem Servomotor oder einem anderen Motor, dessen
Drehwinkel genau steuerbar ist. Der obere Rahmen 20 kann
durch Veranlassen, dass die Drehvorrichtung 26 das Außengewindeelement 24 um
seine Achse dreht, um eine Schwenkachse (Stift 16) senkrecht
zu deiner Zeichnungsebene von 2 geneigt oder
geschwenkt werden. Das heißt,
dass der obere Rahmen 20 in Bezug auf den unteren Rahmen 12 um einen
Betrag entsprechend einem Winkel geneigt werden kann, indem das
Außengewindeelement 24 in
das Innengewindedurchgangsloch des Lagerabschnitts 22 geschraubt
wird. Es wird angemerkt, dass 1 und 2 einen
Zustand zeigen, in dem der obere Rahmen 20 nicht in Bezug
auf den unteren Rahmen 12 geneigt ist. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wirken die erste Neigevorrichtung 18, der Stift 16 und
der untere Rahmen 12 zusammen, um eine zweite Schwenkvorrichtung
zu bilden.
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Der
obere Rahmen 20 ist mit einem paar vertikal erstreckender
Säulen 30,
die als eine Vertikallinearführung
dienen, und einem Paar statischer Luftlagervorrichtungen 32 versehen,
von denen jedes an einer Korrespondierenden der Säulen 30,
um in die vertikale Richtung geführt
zu sein, montiert ist. Das Paar statischer Luftlagervorrichtungen 32 ist
durch eine Verbindungsplatte 34 miteinander verbunden. Wie
in 3 gezeigt ist, hat jede der Säulen 30 eine im Wesentlichen
rechtwinklige Form in ihrem Querschnitt.
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Wie
in 4 gezeigt ist, hat jede von den statischen Luftlagervorrichtungen 32 ein
Gehäuse 36,
das vier Führungsflächen der
korrespondierenden Säule 30 umgibt;
und poröse
Elemente 38, die innerhalb des Gehäuses 36 angeordnet
sind und den Führungsflächen der
Säule 30 gegenüberliegend sind,
so dass ein kleiner Spalt zwischen jedem der porösen Elemente 38 und
einer korrespondierenden der Führungsflächen ausgebildet
ist. Jedes der porösen
Elemente 38 definiert einen Luftzufuhrdurchgang 40,
der an einer von entgegengesetzten Seiten des porösen Elements 38 gelegen
ist, die von der Führungsfläche entfernt
ist, so dass ein Gas mit hohem Druck (zum Beispiel Druckluft) durch
den Luftzufuhrdurchgang 40 und Poren des porösen Elements 38 zu
dem vorstehend beschriebenen kleinen Spalt zugeführt wird. Diese Anordnung ermöglicht dem
Gehäuse 36,
durch die Säule 30 über das
Gas oder die Luft unter Hochdruck, das dazwischen zwischengeordnet
ist, gelagert oder beschränkt
zu werden, obwohl das Gehäuse 36 und
die Säule 30 nicht
in direktem Kontakt miteinander gehalten sind.
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An
die statischen Luftlagervorrichtungen 32 ist eine Schleifraddrehvorrichtung 42 angebracht,
die betätigbar
ist, um ein Schleifrad G als ein Schleifwerkzeug um seine Achse
zum Schleifen einer Fläche
(eine obere Fläche)
eines plattenartig geformten Werkstücks W, wie beispielsweise einer
Glasplatte oder eines Halbleiterwafers, zu bringen. Somit wirken die
Säulen 30 und
die statischen Luftlagervorrichtungen 32 (durch die Säulen 34 geführt) zusammen,
um als eine Lagervorrichtung zum Lagern der Schleifraddrehvorrichtung 42 zu
dienen, so dass die Schleifraddrehvorrichtung 42 in die
vertikale Richtung beweglich ist. Die Achse des Schleifrads G erstreckt
sich im Wesentlichen in die vertikale Richtung, obwohl die Richtung
der Achse wie erforderlich veränderbar
ist. Das Schleifrad G ist von einer Becherbauart und ist mit der
Oberfläche
des Werkstücks
W, das zu schleifen ist, an seiner axialen Endfläche in Kontakt gebracht. Wie
in 5 gezeigt ist, hat die Schleifraddrehvorrichtung 42:
eine Drehwelle (Radspindel) 44, die einen axial niedrigeren
Endabschnitt hat, an dem das Schleifrad G angebracht ist; einen
Motor 46, der betätigbar
ist, um die Drehwelle 44 zu drehen; eine Fixierplatte 48,
an die der Motor 46 fixiert ist; und eine statische Luftlagervorrichtung 50,
die die Drehwelle 44 durch statische Luft lagert, so dass
die Drehwelle 44 drehbar ist. Die statische Luftlagervorrichtung 50 ist
angeordnet, um die Drehwelle 44 auf eine Nichtkontaktweise
zu lagern, das heißt
durch Gas oder Luft unter hohem Druck, das/die von den porösen Elementen
zugeführt
wird, die einer äußeren Umfangsfläche der
Drehwelle 44 gegenüberliegend sind.
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Ein
Paar zweiter Neigevorrichtungen 52, 52 ist an
einem oberen Endabschnitt der Fixierplatte 48 vorgesehen
und ist an den statischen Luftlagervorrichtungen 32 fixiert.
Jede der zweiten Neigevorrichtungen 52, 52 hat
ein Lagerelement 54, das an einer Fläche des Gehäuses 36 fixiert ist;
ein Außengewindeelement 56,
das in ein Innengewindeloch geschraubt ist, das in dem Lagerelement 54 ausgebildet ist;
und eine Drehvorrichtung 58, die betätigbar ist, um das Außengewindeelement 46 um
seine Achse zu drehen, die sich in die horizontale Richtung erstreckt.
Die Außengewindeelemente 56, 56 der
entsprechenden zweiten Neigevorrichtungen 52, 52 sind an
ihren entfernten Enden mit oberen Endabschnitten entsprechender
gegenüberliegender
Endflächen der
Fixierplatte 48 in Kontakt gehalten. Jede der Drehvorrichtungen 58, 58 der
entsprechenden zweiten Neigevorrichtungen 52, 52 ist
an dem korrespondierenden Lagerelement 54 angebracht und
ist durch einen Invertermotor, einen Schrittmotor, einen Servomotor
oder einen anderen Motor gebildet, dessen Drehwinkel genau steuerbar
ist. Die Drehvorrichtungen 58, 58 sind durch eine
Steuerung (nicht gezeigt) gesteuert, um in entsprechende Richtungen
entgegengesetzt zueinander um entsprechende einander gleiche Beträgt drehbar
zu sein. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirken die zweiten
Neigevorrichtungen 52, 52, der obere Rahmen 20 und
die statischen Luftlagervorrichtungen 32 zusammen, um eine
erste Schwenkvorrichtung zu bilden. Es wird angemerkt, dass ein
Durchgangsloch ohne Gewinde eher als das Innengewindedurchgangsloch
in jedem der Lagerelement 54 ausgebildet sein kann und
ein Innengewindeloch in jedem von dem entgegengesetzten Endflächen der
Fixierplatte 48 ausgebildet sein kann. In diesem modifizierten
Fall ist jedes von den Außengewindeelementen 56, 56 angeordnet, um
durch das Durchgangsloch ohne Gewinde des korrespondieren Lagerelements 54 zu
gelangen und in das Innengewindeloch der korrespondierenden Endfläche der
Fixierplatte 48 geschraubt zu werden.
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Wenn
die Außengewindeelemente 56, 56 durch
die entsprechenden Drehvorrichtungen 58, 58 um
ihre Achsen gedreht werden, wird eines der Gewindeelemente 56, 56 zu
der Fixierplatte 58 versetzt, während das andere der Gewindeelemente 56, 56 von
der Fixierplatte 58 weg versetzt wird, so dass eine Druckkraft,
mit der das eine der Gewindeelemente 56, 56 gegen
das obere Ende der korrespondierenden Endfläche der Fixierplatte 48 gedrückt wird,
erhöht
ist, während
eine Druckkraft, mit der das andere von den Gewindeelementen 56, 56 gegen das
obere Ende der korrespondierenden Endfläche der Fixierplatte 48 gedrückt wird,
verringert ist. Wie am besten in 5 gezeigt
ist, ist ein Blindloch 60 in der Fixierplatte 48 ausgebildet,
um in ihrer hinteren Fläche
zu öffnen
(die dem Gehäuse 36 zugewandt sind),
während
ein Stift 62 vorgesehen ist, um von dem Gehäuse 36 vorzuragen,
um in dem Blindloch 60 aufgenommen zu werden. Das Blindloch 60 und der
Stift 62 haben entsprechende Achsen, die sich in einer
Richtung senkrecht zu der Zeichnungsebene von 1 erstrecken,
und haben im Wesentlichen den gleichen Durchmesser. Der Stift 62 ist
in das Blindloch 60 mit einem kleinen Spalt gepasst, der eine
Relativdrehung des Blindlochs 60 und des Stifts 62 um
ihre Achsen erlaubt. Somit kann die Fixierplatte 48 um
eine Schwenkachse (Stift 62) durch Bewirken, dass die Drehvorrichtungen 58, 58 das
vorstehend beschriebene eine oder andere der Außengewindeelemente 56, 56 jeweils
vorwärts
und rückwärts dreht,
geneigt oder geschwenkt werden. Das heißt, dass die Fixierplatte 48 in
Bezug auf die vertikale Richtung um einen Betrag korrespondierend
zu einem Winkel geneigt werden kann, um den jedes der Außengewindeelemente 56, 56 in
das Innengewindeloch des korrespondierenden Lagerelements 54 geschraubt
ist. 1 und 2 zeigen einen Zustand, in dem
die Fixierplatte 48 nicht in Bezug auf die vertikale Richtung
geneigt ist. Es wird angemerkt, dass in dem vorstehend beschriebenen modifizierten Fall,
in dem jedes von den Außengewindeelementen 56, 56 angeordnet
ist, um durch das Durchgangsloch ohne Gewinde des korrespondierenden
Lagerelements 54 zu gelangen und in das Innengewindeloch der
korrespondierenden Endfläche
der Fixierplatte 48 geschraubt zu sein, die Fixierplatte 48 um
den Stift 62 in eine Richtung zu den Gewindeelementen 56, 56,
die in ihre Schraubrichtung gedreht werden, weg von dem anderen
der Gewindeelemente 56, 56, die in ihre Abschraubrichtung
gedreht werden, geschwenkt.
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Mit
der Fixierplatte 48, die wie vorstehend beschrieben geschwenkt
wird, wird die Drehwelle 44 des Motors 46, der
an der Fixierplatte 48 fixiert ist, zusammen mit der Fixierplatte 48 um
die Schwenkachse geschwenkt, die senkrecht zu der Zeichnungsebene
von 1 ist, um in Bezug auf die vertikale Richtung
geneigt zu werden. Ferner wird, indem der obere Rahmen 20 durch
die erste Neigevorrichtung 18 geschwenkt wird, die Fixierplatte 48 zusammen
mit dem oberen Rahmen 20 um den Stift 16 geschwenkt, wie
aus 2 ersichtlich ist, wodurch die Drehwelle 44 des
Motors 46, der an der Fixierplatte 48 fixiert
ist, zusammen mit der Fixierplatte 48 um die Schwenkachse
gedreht wird, die senkrecht zu der Zeichnungsebene von 2 ist.
Daher kann die Drehwelle 44 des Motors 46, das
heißt
eine Achse Cg des Schleifrads G um die Schwenkachse senkrecht zu der
Zeichnungsebene von 1 und um die Schwenkachse senkrecht
zu der Zeichnungsebene von 2 gedreht
werden. In anderen Worten kann die Achse Cg des Schleifrads G um
zwei Schwenkachsen geschwenkt werden, die nicht parallel zu der Achse
Cg des Schleifrads G sind und die nicht parallel zueinander sind.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, ist die Fixierplatte 48 an
dem Gehäuse 36 mittels
insgesamt sechs Innensechskantschrauben (Außengewindeelemente) 64 fixiert,
von denen jede eine sechseckige Vertiefung hat, die in ihrem Kopf
ausgebildet ist. Jede der Schrauben 64 ist angeordnet,
um durch eine Unterlegscheibe 70 und ein Durchgangsloch 68 zu
verlaufen, das in der Fixierplatte 48 ausgebildet ist,
und ist fest in ein Innengewindeloch 66 geschraubt, das
in dem Gehäuse 36 ausgebildet
ist. Wie in 6 gezeigt ist, ist das Durchgangsloch 68 ein
längliches Loch,
das in eine Richtung korrespondierend zu der Rechts-Links-Richtung
in 1 länglich
ist. Es wird angemerkt, dass ein kleiner Durchmesser des Durchgangslochs 68 ebenso
wie ein großer
Durchmesser des Durchgangslochs 68 ausreichend größer als
ein Durchmesser eines Gewindeabschnitts der Schraube 64 ist,
so dass die Schraube 64 mit einem verhältnismäßig großem Spiel dazwischen durch
das Durchgangsloch 68 verläuft.
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Die
Unterlegscheibe 70 ist als eine Scheibenfeder oder dergleichen
vorgesehen, wie am besten in 7 gezeigt
ist, die einen Zustand darstellt, in dem die Schraube 64 etwas
gelöst
ist. Die Unterlegscheibe 70 ist durch Anziehen der Schraube 64 elastisch
verformt oder abgeflacht. Somit spannt sogar in dem dargestellten
Zustand die Unterlegscheibe 70 die Fixierplatte 48 vor
oder zwingt sie, gegen das Gehäuse 63 gedrückt zu werden.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, ist der obere
Rahmen 20 mit einer Bewegungsvorrichtung in der Form einer
Schleifradvorschubvorrichtung 72 versehen, die betätigbar ist,
um das Schleifrad G im Wesentlichen in die vertikale Richtung (das
heißt
in eine Richtung parallel zu der Achse Cg des Schleifrads G, und
zwar in eine Vorschubrichtung, die eine Tiefe eines Einschnitts
des Schleifrads G in das Werkstück
W erhöht)
zu dem Werkstück
bei einer Vorschubrate W zu bewegen oder zuzuführen, die durch eine elektronische Steuereinheit
(ECU) 126 steuerbar ist (siehe 9). Die
Schleifradvorschubvorrichtung 72 hat: eine Vorschubschraubenvorrichtung 74,
die fest in dem oberen Rahmen 20 angeordnet ist; und ein
piezoelektrisches Stellglied 78, das zwischen der vorstehend
beschriebenen Verbindungsplatte 34 (die das Paar statischer
Luftlagervorrichtungen 32 verbindet) und einem beweglichen Mutterelement 76,
das durch die Vorschubschraubenvorrichtung 74 beweglich
ist und betätigbar
ist, um die statische Luftlagervorrichtungen 32 in eine Richtung
parallel zu der Bewegung des beweglichen Mutterelements 76 zu
bewegen, angeordnet ist. Die Vorschubschraubenvorrichtung 74 hat
eine Vorschubschraube 80, die an dem oberen Rahmen 20 vorgesehen
ist, die sich in die vertikale Richtung um ihre Achse drehbar erstreckt;
und einen Motor 82, der in dem oberen Rahmen 20 vorgesehen
ist und mit der Vorschubschraube 80 verbunden ist, so dass
das bewegliche Mutterelement 76 (das in Schraubeingriff mit
der Vorschubschraube 80 gehalten ist) in die vertikale
Richtung beweglich ist, wenn die Vorschubschraube 80 durch
den Motor 82 gedreht wird. Das piezoelektrische Stellglied 78 ist
durch eine Vielzahl piezoelektrischer Keramikplatten gebildet, die
einander überlagert
sind, und hat eine Gesamtlänge,
die um 200 (μm)
oder weniger im Ansprechen auf eine Antriebsspannung, die daran
angelebt ist, genau veränderbar
ist, um einen Ausgang von zum Beispiel 6 (kN) vorzusehen.
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Ferner
ist der obere Rahmen 20 mit einem Lastausgleicher 84 versehen,
der dazu dient, eine ungleichmäßige Verteilung
des Drucks über
die Führungsflächen jeder
der Säulen 30 zu
mindern, wobei die unebene Verteilung von einer Last oder einem Gewicht
der Schleifraddrehvorrichtung 42 stammt, die durch einen
vorderen Abschnitt von jeder von den statischen Luftlagervorrichtungen 32 gehalten
ist. Der Lastausgleicher 84 hat ein Gegengewicht 86, das
im Wesentlichen das gleiche Gewicht wie die Schleifraddrehvorrichtung 42 hat
und innerhalb des oberen Rahmens 20 aufwärts und
abwärts
beweglich angeordnet ist; und ein Kabel 90, das das Gegengewicht 86 und
die Schleifraddrehvorrichtung 42 verbindet und das durch
ein Paar Umlenkrollen 88, 88 geführt ist,
um eine im Wesentlichen umgedrehte U-Form zu haben, wie in 2 gezeigt
ist. Das Gegengewicht 86 erleichtert, die Schleifraddrehvorrichtung 42 aufwärts zu bewegen,
und verringert die Last der Schleifraddrehvorrichtung 42 unabhängig von
einer Höhenposition
der Drehvorrichtung 42.
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Der
untere Rahmen 12 ist mit einer Arbeitsdrehvorrichtung 92 versehen,
die betätigbar
ist, um das Werkstück
W um seine Achse Cw zu drehen, die sich in die vertikale Richtung
erstreckt, so dass das Werkstück
W an seiner oberen Fläche
durch das Schleifrad G geschliffen wird. Die Arbeitsdrehvorrichtung 92 ist
an dem unteren Rahmen 12 mit dem Arbeitstisch 14,
einem Dreikraftkomponentendynamometer 94 und einer Lagervorrichtung 96,
die dazwischen zwischengeordnet sind, angeordnet. Die Arbeitsdrehvorrichtung 92 ist
durch die Lagervorrichtung 96 in eine vorgegebene horizontale
Richtung beweglich gelagert. Zu diesem Zweck hat die Lagervorrichtung 96:
ein horizontal erstreckendes Führungselement 98;
und eine statische Luftlagervorrichtung 100, die mit der
Arbeitsdrehvorrichtung 92 verbunden ist und die durch das
Führungselement 98 in die
vorgegebene horizontale Richtung bei Vorhandensein von statischer
Luft zwischen der Lagervorrichtung 100 und einer Führungsfläche des
Führungselements 98 geführt ist.
Wie in 8B gezeigt ist, ist das Werkstück W, das
an der Werkstückdrehvorrichtung 92 fixiert
ist, relativ zu dem Schleifrad G positioniert, so dass das Werkstück W und
das Schleifrad G einander um einen Betrag korrespondierend zu einem
Radius des Werkstücks
W überlappen,
wie in der Draufsicht gezeigt ist.
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Die
Arbeitsdrehvorrichtung 92 hat: eine Drehwelle (nicht gezeigt);
einen Motor 104, der betätigbar ist, um die Drehwelle
zu drehen; und eine statische Luftlagervorrichtung 106,
die an dem Motor 104 fixiert ist und die Drehwelle durch
statische Luft lagert. Die Drehwelle ist an einer Ansaugplatte 102 fixiert,
an der das Werkstück
W abnehmbar angebracht ist. Die statische Luftlagervorrichtung 106 ist angeordnet,
um die Drehwelle auf eine Nichtkontaktweise zu lagern, das heißt durch
Gas oder Luft unter hohem Druck, das/die von porösen Elementen zugeführt wird,
die an einer äußeren Umfangsfläche der Drehwelle
gegenüberliegend
sind. Wie die vorstehend beschriebenen statischen Luftlagervorrichtungen 32 hat
die vorstehend beschriebene statische Luftlagervorrichtung 100:
ein Gehäuse 108,
das Führungsflächen des
horizontal erstreckenden Führungselements 98 umgibt;
und poröse
Elemente (nicht gezeigt), die innerhalb des Gehäuses 98 angeordnet
sind und den Führungsflächen des
Führungselements 98 gegenüberliegend
sind, so dass ein kleiner Spalt zwischen jedem der porösen Elemente
und einer korrespondierenden der Führungsflächen ausgebildet ist.
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Jedes
der porösen
Elemente definiert einen Luftzufuhrdurchgang, der an einer von den
entgegengesetzten Seiten des porösen
Elements gelegen ist, die von der Führungsfläche entfernt ist, so dass Gas
oder Luft unter hohem Druck durch den Luftzufuhrdurchgang und Poren
des porösen
Elements zu dem vorstehend beschriebenen kleinen Spalt zugeführt wird.
Diese Anordnung ermöglicht,
dass das Gehäuse 108 wegen
dem Gas oder Luft mit hohem Druck, das/die zwischen dem Gehäuse 108 und
dem Führungselement 98 zwischengeordnet
ist, beschränkt
wird, in jegliche andere Richtung als die vorstehend beschriebene
vorgegebene horizontale Richtung bewegt zu werden (in der das Gehäuse 108 durch
das Führungselement 98 geführt ist),
obwohl das Gehäuse 108 und
das Führungselement 98 nicht in
direktem Kontakt miteinander gehalten sind. Es wird angemerkt, dass
das Gehäuse 108 in
die vorstehend beschriebene horizontale Richtung, das heißt in die
rechte und linke Richtung in 1, durch
eine horizontale Bewegungsvorrichtung 110, wie beispielsweise
einem Linearmotor oder einer manuellen Betätigung, reziprokierbar ist.
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Zum
Schleifen einer Fläche
des Werkstücks W,
wie beispielsweise einen Siliciumwafer, in dem Oberflächenschleifgerät mit vertikaler
Spindel der Drehbauart 10, das wie vorstehend beschrieben
konstruiert ist, werden der obere Rahmen 20 und die Fixierplatte 48 um
die entsprechenden Stifte 16, 62 durch Betätigen der
ersten und der zweiten Neigevorrichtung 18, 52 geschwenkt,
so dass die Achse Cg des Schleifrads G in Bezug auf die vertikale
Richtung um einen vorgegebenen Winkel geneigt ist. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist die Achse Cg um ungefähr
0,03° in
eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn geneigt, wie in 1 zu
sehen ist, und um ungefähr
0,03° in
eine Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn geneigt, wie in 2 zu
sehen ist. Somit hat das Schleifrad G eine Haltung, die in Bezug auf
das Werkstück
W leicht geneigt ist, so dass sein vorderer Endabschnitt eine etwas
kleinere Höhe
als seinen hinteren Endabschnitt hat und so dass sein linker Endabschnitt
eine etwas kleinere Höhe
als sein rechter Endabschnitt hat, wie in 8A gezeigt
ist. Ferner ist die Achse Cg des Schleifrads G von der Achse Cw
des Werkstücks
W um einen Abstand gleich dem Radius des Schleifrads G versetzt,
so dass ein Umfang des Schleifrads G durch die Achse Cw des Werkstücks W verläuft, wie
in 8B gezeigt ist, die eine Positionsbeziehung
dazwischen anzeigt, wie in der Draufsicht zu sehen ist. Ein unterster
Punkt P der untersten Fläche
(Schleiffläche)
des Schleifrads W liegt an einer Position, die zwischen der Achse
Cw und einem Umfang des Werkstücks
W gelegen ist und die von der Achse Cw des Werkstücks W um
einen Abstand im Wesentlichen gleich einer Hälfte des Radius des Werkstücks W beabstandet
ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die erste und die zweite Neigevorrichtung 18, 52 vorgesehen, um
der Achse Cg des Schleifrads G zu erlauben, an jeder der zwei Ebenen,
die einander bei einem rechten Winkel schneiden, zum Einrichten
der vorstehend beschriebenen Haltung des Schleifrads G geneigt zu werden.
Es wird angemerkt, dass ein Höheunterschied
zwischen dem untersten Punkt P und einem höchsten Punkt (nicht gezeigt)
der unteren Fläche des
Schleifrads W ungefähr
20 (μm)
beträgt.
Es wird ferner angemerkt, dass das Schleifrad G durch ein zylindrisches
Substrat und einer Vielzahl von abrasiven Körnern, die auf einer unteren
Endfläche
des zylindrischen Substrats gebunden sind und in eine Umfangsrichtung
des zylindrischen Substrats angeordnet sind, gebildet ist, obwohl
seine Gesamtheit lediglich durch einen scheibenförmigen Körper zugunsten der Vereinfachung
der Darstellung repräsentiert
ist.
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Der
Winkel oder der Betrag des Schwenkens des oberen Rahmens 20 um
den Zapfen 16 kann korrespondierend zu dem Winkel oder
dem Betrag der Drehung des Außengewindeelements 24 der
ersten Neigevorrichtung 18 mit im Wesentlichen keiner darauf
einflussnehmenden Störung
sogar während
einem Schleifbetrieb, der in dem Oberflächenschleifgerät 10 bewirkt
wird, zu korrespondieren. Dies ist so, da eine verhältnismäßig große Last
(korrespondierend zu einer Summe der Gewichte des oberen Rahmens 20 und
anderer Bestandteile, die direkt oder indirekt an dem Rahmen 20 angebracht
sind) in die Richtung im Uhrzeigersinn, wie in 2 zu
sehen ist, das heißt
in einer Richtung, die dem Winkel oder dem Betrag der Schwenkung
des oberen Rahmens 20 verringert, wirkt. Andererseits könnte der
Winkel oder der Betrag der Schwenkung der Fixierplatte 48 (an der
die Schleifraddrehvorrichtung 42, die statische Luftlagervorrichtung 50 und
das Schleifrad G angebracht sind) um den Stift 62 leicht
durch die Last verändert
werden, die auf das Schleifrad G durch das Werkstück W ausgeübt wird,
da eine verhältnismäßig kleine
Last in eine Richtung wirkt, die den Winkel oder den Betrag der
Schwenkung der Fixierplatte 48 verringert. Das heißt, dass
der Winkel oder Betrag der Schwenkung der Fixierplatte 48 wahrscheinlich nicht
stabilisiert wird, um mit dem Winkel oder Betrag der Drehung von
jedem von den Außengewindeelementen 56 zu
korrespondieren.
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Angesichts
der Instabilität
des Schwenkbetrags der Fixierplatte 48 ist das Oberflächenschleifgerät 10 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
mit einer Einrichtung zum Fixieren der Fixierplatte 48 an
dem Gehäuse 36 versehen.
Genauer beschrieben sind, nachdem die Fixierplatte 48 durch
die zweite Neigevorrichtung 52 um den vorgegebenen Winkel
geneigt worden ist, die vorstehend beschriebenen sechs Klemmschrauben 64 zum
Aufrechterhalten des Schwenkbetrags der Fixierplatte 48 fest eingeschraubt.
Wenn die Fixierplatte 48 beabsichtigt ist geschwenkt werden
soll, werden die Schrauben 46 nicht vollständig angezogen,
wie in 7 gezeigt ist. Das heißt, das die Schwenkbewegung
auf die Fixierplatte 48 in einem Zustand aufgegeben ist,
in der die Unterlegscheiben 70, und zwar in einem halbfixierten
Zustand elastisch verformt werden, in dem die Fixierplatte 48 gegen
das Gehäuse 36 wegen
einer Druckkraft gedrückt
wird, die durch die elastisch verformten Unterlegscheiben 70,
die gedacht sind ihre ursprünglichen
Formen wiederherzustellen, auf die Fixierplatte 48 aufgebracht
wird. Somit dient, wenn die Schrauben 64 fest eingeschraubt
sind, die Druckkraft, die durch die Unterlegscheiben 70 generiert wird,
dazu, die Fixierplatte 48 durch ein Anziehmoment, das auf
die Schrauben 64 aufgebracht ist, vorteilhaft gegen ein
Schwenken um den Stift 62 zurückzuhalten. Wegen dieser Anordnung
leidet der Schwenkbetrag der Fixierplatte 48, der durch
die Drehvorrichtungen 58 eingerichtet worden ist, die die Fixierplatte 48 mit
einer hohen Genauigkeit verschwenken können, nicht unter einer ungewünschten Veränderung.
Es ist daher möglich,
einen gewünschten
Neigungswinkel der Achse Cg des Schleifrads G unabhängig von
der Richtung der Neigung genau einzurichten. In dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
dienen die Schrauben 64, die als Befestigungselemente dienen,
und die Unterlegscheiben 70, die als zwischengeordnete
Elemente dienen, zusammen, um eine Widerstandsaufbringungsvorrichtung zu
bilden.
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Da
die Fixierplatte 48 durch die zweite Neigevorrichtung 52 mit
der Druckkraft, die durch die Unterlegscheiben 70 auf die
Fixierplatte 48 ausgeübt wird,
wie vorstehend beschrieben ist, müssen die Drehvorrichtungen 48 eine
Antriebskapazität
haben, die ausreichend größer als
ein Widerstand ist, der auf der Druckkraft basiert und der gegen
die Schwenkbewegung der Fixierplatte 48 relativ zu dem
Gehäuse 36 wirkt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Antriebskapazität
der Drehvorrichtungen 58 zwanzig Mal größer als der Widerstand gegen
die Schwenkbewegung in dem vorstehend beschriebenen halbfixierten
Zustand, so dass die Fixierplatte 48 trotz des Vorhandenseins
der Druckkraft, die auf die Fixierplatte 48 durch die Unterlegscheiben 70 ausgeübt wird,
schwenkbar ist.
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Jedes
der länglichen
Löcher 68,
das durch die Fixierplatte 48 ausgebildet ist, ist konfiguriert,
um der Fixierplatte 48 zu erlauben, um einen vorgegebenen
Winkel geschwenkt zu werden. Da es einen bestimmten Spielbetrag
zwischen jeder der Schrauben 64 und dem korrespondierenden
länglichen
Loch 68 gibt, ist die Schwenkbewegung der Fixierplatte 48 nicht
behindert, sogar wenn die Schrauben 46 angezogen sind,
um den vorstehend beschriebenen halbfixierten Zustand einzurichten.
Die Fixierplatte 48 kann um einen Winkel nicht größer als
ein Winkel korrespondierend zu einer horizontalen Länge (das heißt ein großer Durchmesser)
von jedem länglichen Loch 68 geschwenkt
werden.
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Nachdem
die Achse Cg des Schleifrads G wie vorstehend beschrieben geneigt
worden ist, werden das Schleifrad G und das Werkstück W (das
an der Ansaugplatte 102 fixiert ist) um ihre entsprechenden
Achsen Cg, Cw in vorgegebene Richtungen gedreht, während das
Schleifrad G durch die Vorschubschraubenvorrichtung 74 gesenkt
wird, um in die Nähe
des Werkstücks
W gebracht zu werden. 8A zeigt die
Positionsbeziehung dazwischen in diesem Zustand, in dem das Schleifrad
G in der Nähe des
Werkstücks
W ist, während
seine geneigte Haltung in Bezug auf das Werkstück W aufrecht erhalten wird
(und zwar mit der Achse Cg in Bezug auf die Achse Cw geneigt). Dann
wird durch Aktivierung des piezoelektrischen Stellglieds 78 verursacht,
dass das Schleifrad G in das Werkstück W einschneidet, wodurch
das Werkstück
W an seiner oberen Fläche
einem Schleifbetrieb ausgesetzt ist. In dem Schleifbetrieb ist das
Schleifrad G nur an seinem Abschnitt, dessen Bereich durch eine
dicke Linie in 8B repräsentiert
ist, mit dem Werkstück
W durch seine geneigte Haltung und das Positionieren des vorstehend beschriebenen
untersten Punktes P an der Position, die von der Achse Cw des Werkstücks W um
den im Wesentlichen zu der Hälfte
des Radius des Werkstücks
W gleichen Abstand entfernt ist, in Kontakt gehalten. Das heißt, dass
das Schleifrad G mit nur einem Abschnitt des Werkstücks W in
Kontakt gehalten ist, welcher Abschnitt sich um einen Abstand korrespondierend
zu dem Radius des Werkstücks
W erstreckt. Das Werkstück
W kann jedoch an der gesamten Fläche
durch die Gesamtheit der Schleiffläche des Schleifrads G geschliffen
werden, da das Werkstück
W und das Schleifrad G um ihre entsprechenden Achsen Cg, Cw gedreht
werden.
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Das
Schleifrad G wird in die Vorschubrichtung zugeführt, bis dem Werkstück W ein
vorgegebener Dickenwert gegeben ist. Danach wird der Arbeitstisch 14 um
die Achse Cw des Werkstücks
W in die Richtung entgegengesetzt des Uhrzeigersinns um einen vorgegebenen
Winkel geschwenkt, während
das Schleifrad G und das Werkstück
W kontinuierlich gedreht werden, um es hierdurch in die Richtung
zu neigen, in der das Werkstück
W entlang des horizontal erstreckendes Führungselements 98 beweglich
ist. Dann verursacht die horizontale Bewegungsvorrichtung 110,
dass das Gehäuse 108 entlang
des Führungselement 98 in
die Vorwärts
und Rückwärtsrichtung
hin- und herbewegt wird, so dass der vorstehend beschriebene unterste
Punkt P zwischen der Achse Cw und dem Umfang des Werkstücks W in
die horizontale Richtung bewegt wird, die senkrecht zu der Achse
Cw des Werkstücks
W ist. Als ein Ergebnis dieser Hin- und Herbewegung des Gehäuses 108 wird
das Werkstück
W durch den untersten Punkt P an seinen Abschnitten benachbart zu
der Achse Cw und dem Umfang geschliffen, der durch eine verhältnismäßig geringe
Einschnitttiefe geschliffen worden ist, während die Relativposition des
Werkstücks
W und des Schleifrads G in die horizontale Richtung fixiert worden
ist. Somit wird das Werkstück
W durch den untersten Punkt P der Schleiffläche des Schleifrads G an der
Gesamtheit seiner Fläche
geschliffen, wodurch die Fläche
des Werkstücks
W vollständig abgeflacht
ist. Nachdem das Gehäuse 108 eine
geeignete Häufigkeit,
zum Beispiel ein Mal reziprokiert worden ist, wird das Schleifrad
G aufwärts
bewegt, um von dem Werkstück
W getrennt zu werden, während
der Arbeitstisch 14 zu seiner Ursprungsposition zurückkehrt.
Das Werkstück
W wird dann von der Ansaugplatte 102 entfernt, wodurch
der Schleifbetrieb an dem einzelnen Werkstück W abgeschlossen ist. Der
Fläche
des Werkstücks
W, das somit geschliffen worden ist, ist eine hohe Ebenheit von
ungefähr
1 (μm) gegeben.
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9 ist
ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem zeigt, das in dem Oberflächenschleifgerät 10 vorgesehen
ist. Ein Schneidpositionsdetektor 120 ist vorgesehen, um
eine Schneid- oder Schleifposition zu erfassen, in der das Werkstück gegenwärtig durch das
Schleifrad G geschliffen wird, und zwar um eine gegenwärtige Position
des Schleifrads G relativ zu dem Werkstück W in die Vorschubrichtung
zu erfassen, das heißt
in eine Richtung im Wesentlichen parallel zu der Achse Cg des Schleifrads
G. Der Schneidpositionsdetektor 120 ist zum Beispiel durch einen
optischen linearen Maßstab
vorgesehen, der angeordnet ist, um eine gegenwärtige Position des Motors 46 relativ
zu der Fixierplatte 48 in die Richtung im Wesentlichen
parallel zu der Achse Cg des Schleifrads G zu erfassen. Ein Schleiflastdetektor 122 ist
vorgesehen, um eine Bearbeitungs- oder eine Schleiflast, die auf
das Schleifrad G durch das Werkstück W ausgeübt wird, zu erfassen und ist
zum Beispiel durch eine Stromdetektorspule vorgesehen, die angeordnet
ist, um ein Ausgangsdrehmoment des Motors 46 oder einen
Antriebsstrom, der zu dem Motor 46 zugeführt wird,
zu erfassen (das in enger Verbindung zu dem Ausgangsdrehmoment geändert wird).
Ein Ausgangssignal repräsentativ
für die
Position des Schleifrads G relativ zu dem Werkstück W, das durch den Schneidpositionsdetektor 120 erfasst wird,
und ein Ausgangssignal repräsentativ
für die Schleiflast,
die durch das Werkstück
W auf das Schleifrad G ausgeübt
wird, das durch den Schleiflastdetektor 122 erfasst wird,
werden zu einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 126 zugeführt.
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Die
ECU 126 hat einen sogenannten Mikrocomputer, der eine CPU 128,
einen ROM 130, einen RAM 132 und eine Eingangs/Ausgangsschnittstelle (nicht
gezeigt) und ist angeordnet, um die Signale entsprechend der Programme,
die in dem ROM 130 gespeichert sind, zu verarbeiten, während eine
vorübergehende
Datenspeicherfunktion des RAM 132 verwendet wird, um den
Schleifbetrieb, der in dem Oberflächenschleifgerät 10 bewirkt
wird, durch Steuern der Schleifraddrehvorrichtung 42, der
Schleifradvorschubvorrichtung 72 und der Werkstückdrehvorrichtung 92 zu
steuern.
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10 ist
ein Blockdiagramm, das verschiedene Funktionseinrichtungen zeigt,
die in der ECU 126 von 9 eingebaut
sind, zum Steuern des Schleifbetriebs. Die ECU 126 hat
einen Schleifabschnitt mit konstanter Vorschubrate 140,
einen Schleifabschnitt mit konstanter Kraft 142, einen Schleifkraftbestimmungsabschnitt 144,
einen Umschaltabschnitt 146, einen Schleifbeendigungsbestimmungsabschnitt 148 und
einen Schleifbeendigungsabschnitt 150. Der Schleifabschnitt
mit konstanter Vorschubrate 140 ist betätigbar, um zu verursachen,
dass die Schleifradvorschubvorrichtung 72 als die Bewegungsvorrichtung
in ihren Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate gesetzt wird,
in dem das Schleifrad G durch die Schleifradvorschubvorrichtung 72 in
die Vorschubrichtung mit einer konstanten Vorschubrate von zum Beispiel
5 μm/min
bewegt wird, um das Werkstück
W zu schleifen. Diese Steuerung mit konstantem Vorschub kann in einer
Art und Weise mit einem offenen Regelkreis ausgeführt sein, in
der die Vorschubvorrichtung 72 durch die ECU 126 gesteuert
wird, um das Schleifrad G bei der gewünschten Vorschubrate 5 μm/min zu
bewegen, ohne dass die ECU 126 überprüft, ob das Schleifrad G gegenwärtig bei
der gewünschten
Vorschubrate von 5 μm/min
bewegt wird, oder kann alternativ auf eine Art und Weise mit einem
geschlossenen Regelkreis mit Bereitstellung einer Regeleinheit ausgeführt sein,
in der die Vorschubvorrichtung 72 durch die ECU 126 so
gesteuert wird, dass die Istvorschubrate, die durch den Schleifpositionssensor 120 (der
auch als ein Vorschubratendetektor dient) erfasst wird, gleich der
gewünschten
Vorschubrate von 5 μm/Min ist.
In der Steuerung mit geschlossenem Regelkreis, in der die Istvorschubrate
von der gewünschten
Vorschubrate verschieden ist, wird die Vorschubvorrichtung 72 durch
die ECU 126 gesteuert, um den Unterschied zu kompensieren.
Der Schleifabschnitt mit konstanter Kraft 142 ist betätigbar,
um zu verursachen, dass die Schleifradvorschubvorrichtung 72 in ihren
Schleifmodus mit konstanter Kraft gesetzt wird, indem das Schleifrad
G durch die Schleifradvorschubvorrichtung 72 in die Vorschubrichtung
bewegt wird, so dass das Schleifrad G mit einer konstanten Kraft
von zum Beispiel 100 g/cm2 gegen das Werkstück W gedrückt wird,
und zwar so, dass ein Betrag des Antriebsstroms, der zu dem Motor 46 der
Schleifraddrehvorrichtung 42 zugeführt wird, zu der Druckkraft
von 100 g/cm2 korrespondiert. Diese Steuerung mit
konstanter Kraft kann auf eine Art und Weise mit offenem Regelkreis
ausgeführt
werden, indem die Vorschubvorrichtung 72 durch die ECU 126 gesteuert
wird, um das Schleifrad G bei einer Vorschubrate zu bewegen, die
verursacht, dass das Schleifrad G mit der gewünschten Kraft von 100 g/cm2 gegen das Werkstück W gedrückt wird, ohne dass die ECU 126 überprüft, ob das
Schleifrad G gegenwärtig gegen das
Werkstück
W mit der gewünschten
Kraft von 100 g/cm2 gedrückt wird, oder alternativ auf
eine Art und Weise mit geschlossenem Regelkreis mit Bereitstellung
der Regeleinheit ausgeführt
wird, in der die Vorschubvorrichtung 72 durch die ECU 126 so
gesteuert wird, dass die Istdruckkraft, die durch den Schleiflastdetektor 122 erfasst
wird, gleich der gewünschten Kraft
von 100 g/cm2 ist.
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11 ist
ein Graf, der Eigenschaften zeigt, die in dem vorstehend beschriebenen
Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate vorliegen. Wie aus dem Graf
von 11 ersichtlich ist, ist in dem Schleifmodus mit
konstanter Vorschubrate die Schleiflast (das heißt die Druckkraft, mit der
das Schleifrad G gegen das Werkstück W gedrückt wird) im Wesentlichen linear
erhöht,
bis eine gewisse Zeitlänge
abgelaufen ist. Danach wird eine Rate der Erhöhung der Schleiflast verringert
und möglicherweise
zu Null gemacht. Das heißt,
dass als ein Ergebnis einer fortschreitenden Erhöhung eines Kontaktbereichs
(geschliffene Fläche),
bei der das Schleifrad G in Kontakt mit dem Werkstück W ist,
ein Schleifwiderstand fortschreitend erhöht ist, während eine Schneidschärfe (Schneideffizienz)
des Schleifrads G verringert ist. 12 ist
ein Satz Ansichten, die eine Änderung
einer Fläche
eines Werkstücks
in dem Schleifbetrieb ist, in dem die Schleifradvorschubvorrichtung 72 zuerst
in ihren Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate gesetzt wird und
dann in ihren Schleifmodus mit konstanter Kraft gesetzt wird. In 12 zeigen
die Ansichten (a), (b) die Änderungen
der Werkstückoberfläche in einer
Stufe des Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate.
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13 ist
ein Graf, der Eigenschaften zeigt, die in dem Schleifmodus mit konstanter
Kraft vorliegen, in dem die Vorschubrate (Schleifrate) des Schleifrads
G relativ zu dem Werkstück
W im Wesentlichen linear verringert wird, bis eine gewisse Zeitlänge seit
Initiieren des Schleifmodus mit konstanter Kraft abgelaufen ist.
Danach ist eine Rate der Verringerung der Vorschubrate verringert
und möglicherweise
zu Null gemacht. Das heißt,
das als ein Ergebnis der fortschreitenden Erhöhung des Kontaktbereichs (Schleifbereich),
bei dem das Schleifrad G in Kontakt mit dem Werkstück W ist,
mit der Schleiflast konstant gehalten ist, wobei die Vorschubrate
verringert ist und möglicherweise
konstant gehalten ist. In 12 zeigen
die Ansichten (b)–(d)
die Änderung
der Werkstückfläche in einer
Stufe des Schleifmodus mit konstanter Kraft.
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Der
Schleiflastbestimmungsabschnitt 144 ist betätigbar,
um in einer Stufe des Schleifmodus mit konstanter Vorschubrate zu
bestimmen, ob ein Bearbeitungsdruck P (das heißt eine Druckkraft oder eine Schleiflast)
die durch den Antriebsstrom repräsentiert wird,
der zu der Schleifraddrehvorrichtung 42 zugeführt wird
und der durch den Schleiflastdetektor 122 erfasst wird,
einen vorgegebenen Schwellwert P1 überschreitet oder ob ein Betrag ΔP einer Änderung des
Bearbeitungsdrucks P je Zeiteinheit Δt, das heißt eine Rate (ΔP/Δt) einen
vorgegebenen Schwellwert ΔP1 überschritten
hat. Der Umschaltabschnitt 146 ist betätigbar, wenn durch den Schleiflastbestimmungsabschnitt 144 bestimmt
ist, dass der Bearbeitungsdruck P den vorgegebenen Schwellwert P1 überschritten
hat, um die Vorschubvorrichtung 72 von dem Schleifmodus
mit konstanter Vorschubrate zu dem Schleifmodus mit konstanter Kraft
automatisch umzuschalten. Der vorstehend beschriebene vorgegebene
Schwellwert P1 oder ΔP1
ist ein Wert an einem Punkt, der durch A in 11 angezeigt
ist, kurz bevor die Rate der Erhöhung
des Bearbeitungsdrucks P zur Null wird oder kurz bevor die Schleiffläche durch
ihr Zusetzen abgeschürft
wird. Das heißt, dass
der Schwellwert P1 oder ΔP1
vorbestimmt ist, um einen derartigen kritischen Punkt zu erfassen.
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Der
Schleifbeendigungsbestimmungsabschnitt 148 ist betätigbar,
um in einer Stufe des Schleifmodus mit konstanter Kraft, ob der
Schleifbetrieb mit konstanter Kraft (durch den Schleifabschnitt mit
konstanter Kraft 142 ausgeführt) beendet werden sollte,
durch Zusehen zu bestimmen, ob die Istvorschubrate V des Schleifrads
G, die durch den Schleifpositionsdetektor 120 erfasst wird,
auf kleiner als ein vorgegebener Schwellwert V verringert worden
ist, der ein Wert in der Nähe
eines Punkts ist, an dem die Rate der Verringerung der Vorschubrate
V zu Null gemacht wird, oder durch Sehen bestimmt wird, ob ein Betrag ΔV einer Änderung
der Vorschubrate V je Zeiteinheit Δt, das heißt eine Rate (ΔV/Δt), auf kleiner als
ein vorgegebener Schwellwert ΔV1
verringert worden ist. Der Schleifbeendigungsabschnitt 150 ist bei
Bestimmung durch den Schleifbeendigungsbestimmungsabschnitt 148 betätigbar,
das der Schleifbetrieb mit konstanter Kraft beendet werden sollte, um
zu verursachen, dass der Schleifbetrieb mit konstanter automatisch
beendet wird. Der vorstehend beschriebene vorgegebene Schwellwert
V1 oder ΔV1
ist ein Wert in der Nähe
eines Punkts, an dem die Rate der Verringerung der Vorschubrate
V zu null gemacht ist, um es möglich
zu machen, automatisch zu bestimmen, dass die Fläche des Werkstücks W mit
Beseitigung einer Unebenheit (das heißt Vertiefungen und Vorsprünge) vollständig abgeflacht
worden ist.
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14 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Schleifsteuerroutine darstellt, die
durch die ECU 126 ausgeführt wird. Diese Routine wird
mit Schritt S1 initiiert, der durchgeführt wird, um durch Erkennen,
ob ein Zyklusstartknopf (nicht gezeigt) auf seinen EIN-Zustand gesetzt
ist oder nicht, zu bestimmen, ob der automatische Schleifbetrieb
durch das Oberflächenschleifgerät 10 gestartet
werden sollte. Schritt S1 wird wiederholt durchgeführt, bis
eine positive Entscheidung (JA) in Schritt S1 erhalten wird. Nachdem
die positive Entscheidung (JA) möglicherweise in
Schritt S1 erhalten worden ist, wird ein Schritt S2 korrespondierend
zu einem Schleifschritt mit konstanter Vorschubrate durchgeführt, wobei
die Schleifradvorschubvorrichtung 72 in ihren Schleifmodus
mit konstanter Vorschubrate gesetzt ist. Dem Schritt S2 folgt Schritt
S3, in dem der Schleiflastbestimmungsabschnitt 144 betätigt wird,
um zu bestimmen, ob der Bearbeitungsdruck P (das heißt eine
Druckkraft oder Schleiflast) den vorgegebenen Schwellwert P1 überschritten
hat oder ob der Betrag ΔP
einer Änderung des
Bearbeitungsdrucks P je Zeiteinheit Δt den vorgegebenen Schwellwert ΔP1 überschritten
hat. Das heißt,
dass in Schritt S3 bestimmt wird, ob eine Umschaltbedingung erfüllt ist
oder nicht. Bis eine positive Entscheidung (JA) in Schritt S3 erhalten
ist, werden die Schritte S2 und S3 wiederholt durchgeführt, und zwar
wird der Schleifbetrieb mit konstanter Vorschubrate fortgesetzt.
Nachdem die positive Entscheidung (JA) möglicherweise in Schritt S3
erhalten worden ist, wird Schritt S4 korrespondierend zu einem Schleifschritt
mit konstanter Kraft durchgeführt,
wobei die Schleifradvorschubvorrichtung durch den Umschaltabschnitt 146 in
ihrem Schleifmodus mit konstanter Kraft gesetzt ist. Dem Schritt
S4 folgt Schritt S5, in dem der Schleifbeendigungsbestimmungsabschnitt 148 betätigt wird,
um zu bestimmen, ob die Istvorschubrate V des Schleifrads G geringer
als der vorgegebene Schwellwert V1 verringert worden ist, der der
Wert in der Nähe
des Punkts ist, an dem die Rate der Verringerung der Vorschubrate
V zu null gemacht ist, oder um zu bestimmen, ob der Betrag ΔV einer Änderung
der Vorschubrate V je Zeiteinheit Δt auf weniger als den vorgegebenen
Schwellwert ΔV1
verringert worden ist. Das heißt,
dass in Schritt S5 bestimmt wird, ob eine Beendigungsbedingung erfüllt ist
oder nicht. Bis eine positive Entscheidung (JA) in Schritt S5 erhalten
ist, werden die Schritte S4 und S5 wiederholt durchgeführt, und
zwar der Schleifbetrieb mit konstanter Kraft fortgesetzt. Nachdem
die positive Entscheidung (JA) möglicherweise
in Schritt S5 erhalten worden ist, wird der Schleifbeendigungsabschnitt 150 betätigt, um
zu verursachen, dass der Schleifbetrieb mit konstanter Kraft automatisch
beendet wird, wodurch der Schleifbetrieb durch das Oberflächenschleifgerät 10 abgeschlossen
ist.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Schleifschritt mit konstanter Vorschubrate S2 durch den Schleifabschnitt
mit konstanter Vorschubrate 140 durchgeführt, um
das Werkstück
W durch Bewegen des Schleifrads G mit einer konstanten Vorschubrate
in die Vorschubrichtung zu schleifen, und dann wird der Schleifschritt
mit konstanter Kraft S4 durch den Schleifabschnitt mit konstanter
Kraft 142 durchgeführt,
um das Werkstück
W durch Bewegen des Schleifrads G bei einer Vorschubrate in die
Vorschubrichtung zu schleifen, wobei die Rate in einer Art und Weise
veränderbar
ist, die verursacht, dass das Schleifrad G mit einer konstanten
Kraft gegen das Werkstück
W gedrückt
wird. In diesem Schleifprozess kann der Schleifschritt mit konstanter
Vorschubrate S2 durchgeführt
werden, wobei der Schleifeffizienz eine größere Bedeutung als der Qualität des geschliffenen
Werkstücks
gegeben wird, und der Schleifschritt mit konstanter Kraft S4, der
dem Schleifschritt mit konstanter Vorschubrate S2 folgt, kann durchgeführt werden,
wobei der Qualität
des geschliffenen Werkstücks
größere Bedeutung
als der Schleifeffizienz gegeben ist. Somit kann der Schleifbetrieb
gemäß diesem
Schleifprozess mit einer ausreichend hohem Effizienz ausgeführt werden
und kann eine ausreichend hohe Qualität des geschliffenen Werkstücks W bereitstellen.
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Ferner
sind in diesem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Schleiflasterfassungsschritt, der durch den Schleiflastdetektor 122 durchgeführt wird, um
die Schleiflast während
der Durchführung
des Schleifschritts mit konstanter Vorschubrate zu erfassen, und
ein Schleifschritt vorgesehen, der durch den Umschaltabschnitt 136 der
ECU 126 durchgeführt wird,
um den Schleifschritt mit konstanter Vorschubrate S2 auf den Schleifschritt
mit konstanter Kraft S4 auf der Grundlage der Schleiflast umzuschalten,
die durch den Schleiflastdetektor 122 in dem Schleiflasterfassungsschritt
erfasst wird, wodurch der Schleifschritt mit konstanter Kraft bei
einem geeigneten Zeitpunkt gestartet werden kann.
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Ferner
sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ein Vorschubratenerfassungsschritt, der durch den Schleifpositionsdetektor 120 durchgeführt wird,
um die Vorschubrate während
Durchführung
des Schleifschritts mit konstanter Kraft zu erfassen, und ein Bestimmungsschritt
vorgesehen, der durch den Schleifbeendigungsbestimmungsabschnitt 148 der
ECU 126 durchgeführt
wird, um auf der Grundlage der Vorschubrate, die durch den Schleifpositionsdetektor 120 in
dem Vorschubratenerfassungsschritt erfasst wird, zu bestimmen, ob
der Schleifschritt mit konstanter Kraft beendet werden sollte, wodurch
der Schleifschritt mit konstanter Kraft bei einem geeigneten Zeitpunkt
beendet werden kann, wodurch ein übermäßiges Schleifen des Werkstücks W verhindert
wird, nachdem die Fläche
des Werkstücks
W vollständig
abgeflacht worden ist.
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Während das
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung vorstehend nur zum Zwecke der Veranschaulichung
beschrieben ist, sollte es verständlich
sein, dass die vorliegende Erfindung mit verschiedenen Änderungen
und Verbesserungen ausgeführt
werden kann, die dem Fachmann in den Sinn kommen können.
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Ein
Prozess eines Schleifens einer Fläche eines Werkstücks (W)
durch ein Schleifwerkzeug (G), das um seine Achse (Cg) gedreht wird.
Der Prozess hat einen Schleifschritt (S4) eines Schleifens der Werkstückfläche durch
Drücken
von mindestens einem von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück gegen
das andere von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück, so dass
eine konstante Kraft auf das andere von dem Schleifwerkzeug und
dem Werkstück
durch das mindestens eine von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück ausgeübt wird.
Ebenso ist eine Schleifvorrichtung offenbart, die: eine Bewegungsvorrichtung
(72), die betätigbar
ist, um mindestens eins von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück relativ
zu dem anderen von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück in mindestens
eine Vorschubrichtung zu bewegen, die eine Tiefe eines Einschnittes
des Schleifwerkzeugs in das Werkstück erhöht; und eine Steuerung (126)
hat, die die Bewegungsvorrichtung steuert, so dass das mindestens eine
von dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück gegen das andere von dem
Schleifwerkzeug und dem Werkstück
mit einer konstanten Kraft gedrückt wird.